TBM后配套連續輸送機機尾關鍵技術研究

邵娜

(中國煤炭科工集團 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的不斷發展，道路建設、水利建設，能源開發等領域需求也不斷增長，TBM快速掘進技術在交通、市政、水利、輸水、隧道(斜井)等的修建中得到廣泛運用[1]。采用連續輸送機作為TBM后配套運輸設備，具有輸送能力大，速度快，承載能力強等特點，并且不受巷道坡度，路線走向，距離長短等限制，能夠實現TBM的連續作業，大大提高了工效[2]。

本文針對TBM后配套連續輸送機在TBM快速掘進過程中無法同步延伸的情況，研究了連續輸送機機尾動態延伸技術，使連續輸送機機尾能夠跟隨TBM臺車快速前進。針對管片出現扭轉或TBM行走不正的情況，研究了后配套帶式輸送機機尾平衡技術，實現機尾的快速調整，確保輸送帶不跑偏。文末介紹了TBM后配套連續輸送機在補連塔煤礦的實際應用情況。

1 機尾動態延伸技術

TBM后配套連續輸送機機尾裝置由φ830×950改向滾筒、機尾架、左右大梁、液壓油缸、導料槽和緩沖滑條構成(如圖1所示)。該機尾裝置與普通帶式輸送機機尾最大的區別是機尾架可以通過左右大梁固定在TBM臺車上，當連續輸送機隨著TBM不斷延伸時，機尾導料槽也隨著TBM同步前進，使得連續輸送機具有與TBM同步延伸的受料點。隨著TBM的不斷推進，連續輸送機也需要同步延長，可通過機尾裝置的安全窗口安裝單元機身，當機身延長到一定距離(200 m左右)，則需要加長輸送帶，從而確保連續輸送機跟隨TBM的推進動態延伸。

1.1 受料點同步延伸

在礦井開采過程中，由TBM開挖產生的渣土，經導料槽卸裝到連續輸送機上，然后再輸送到礦井外指定的棄渣點。由于TBM在施工過程中不斷地推進，其渣土的出料口也在不停地隨TBM推進而前移，這就要求后配套連續輸送機提供與之同步動態延伸的受料點。如果受料點不能隨TMB同步延伸，會導致渣土直接落到沒有緩沖設施的膠帶和承載托輥上，引起膠帶的過快磨損和承載托輥的大量損壞。TBM后配套連續輸送機機尾裝置的左右大梁可以與TBM臺車連接，實現機尾與TBM臺車的同步前行，TBM掘進產生的渣土卸載到機尾架后方的導料槽上，能起到很好的緩沖作用，防止渣土直接掉落對膠帶的損傷，同時也能對渣土起到導向作用，防止渣土飛濺，出現撒料情況。導料槽下方安裝有緩沖滑條，緩沖滑條在TBM臺車的牽引下引導導料槽像滑靴一樣在承載托輥上滑行，從而實現連續輸送機受料點的同步延伸。

1-緩沖滑條； 2-導料槽； 3-油缸(控制機尾水平和垂直方向角度)； 4-控制機尾垂直方向的油缸； 5-機尾架； 6-安全窗口； 7-改向滾筒； 8-右大梁； 9-左大梁； 10-油缸(控制機尾水平方向)。

1.2 輸送機機身延伸

TBM后配套連續輸送機機身結構需要滿足輸送機連續運行的要求，輸送機的尾部隨TBM的推進而逐漸延伸，每延伸3 m，輸送機機尾前膠帶懸空段需加裝上1組快速裝拆機身支架及托輥，以保證輸送機運行的連續性、穩定性和可靠性。

連續輸送機機身結構形式根據隧道尺寸、隧道內設備、空間以及安裝條件和工藝而定，采用側壁三角架結構[3]。側壁三角架支撐結構的機身架主要由三角形支腿、中間架、上托輥、下托輥組成。托輥架、縱梁、三角形支腿采用E型銷連結，拆裝調整方便[4]。

機身支架的三角形支腿(如圖2所示)與普通帶式輸送機支腿不同，該三角形支腿斜邊由2根相同型號的角鋼背靠背連接而成，連接孔有多種組合方式，通過不同組合來調節斜邊長度，這樣在機身安裝時就可以克服因為管片的扭轉而引起的輸送機中心線偏移的問題。

在三角形支腿的橫梁上表面設計有多組安裝孔(如圖3所示)，這樣支腿在機身支架的橫梁上安裝時可以在水平方向調整位置，從而克服由于TBM行走不正導致的輸送機中心線蜿蜒曲折。

由于巷道內空間所限，所以特別規定了連續輸送機支腿、縱梁、托輥架的安裝位置及安裝順序。當TBM每前進一環(半環)后，先在TBM前進方向處(機尾后側)安裝輸送機支腿、縱梁及托輥架固定座，再在機尾架的安全窗口處(機尾左側)安裝托輥架及托輥。

1.3 輸送帶的延伸

隨著TBM向前推進，連續輸送機機尾同步延伸，當機尾延伸到一定距離(200 m左右)，輸送機儲帶倉中的游動小車到達其軌道的最前部，儲存的膠帶全部放出，這時需要加帶。加帶時將事先卷成圓卷的400 m新輸送帶放在放帶裝置上。此時應停止系統運作，在儲帶倉附近拆開輸送帶接頭，夾帶裝置夾住輸送帶的一頭，另一頭與新輸送帶相連接。起動張緊絞車，將輸送帶儲入儲帶倉，最后將新輸送帶的另一頭與夾帶裝置夾住的一頭連接，松開夾帶裝置，將游動小車拉至軌道尾部，同時自控液壓張緊站液壓缸縮回，張緊輸送帶，系統恢復工作。

2 機尾平衡技術

在同步延伸過程中，由于輸送機機身安裝在管片上，當隧道沿水平彎曲延伸、管片出現扭轉或TBM行走不正時，就會引起運輸系統輸送帶跑偏。為此需要采用機尾液壓調節平衡系統，在同步延伸過程中能實現機尾水平方向、豎直方向的快速調整，使機尾能適應各種惡劣工況，確保輸送帶不跑偏。

TBM后配套連續輸送機采用的機尾裝置能根據TBM現場情況實現隨時調偏，該機尾裝置中共安裝有3組液壓油缸(如圖4所示)，圖中件1、件2、件3均為液壓油缸，數量各2件。件1油缸型號為φ130×φ80×150，缸徑φ130 mm，桿徑φ80 mm，行程150 mm，安裝距離1 455 mm,可以控制該套機尾水平方向上的偏移量。件2油缸型號φ115×φ70×100, 缸徑φ115 mm，桿徑φ70 mm，行程100 mm，安裝距離581 mm，可以控制該套機尾水平和垂直方向角度的偏移量。件3油缸型號φ115×φ70×100, 缸徑φ115 mm，桿徑φ70 mm，行程100 mm，安裝距離755 mm，可以控制該套機尾垂直方向上的偏移量。三組油缸額定壓力均為25 MPa，油缸推進速度≤200 mm/min，油缸調整為手動控制。

1-控制機尾水平方向的油缸； 2-控制機尾水平和垂直方向角度的油缸； 3-控制機尾垂直方向的油缸。

3 實際應用情況

神華神東煤炭集團補連塔煤礦2號輔運平硐是該礦22煤4盤區、5盤區和12煤5盤區的大型設備及日常材料的運輸巷，2號輔運平硐長約2 744.54米，其中TBM施工段2 718.22 m，明挖段26.32 m，斜井坡度5.43°，最大埋深276 m，采用單護盾TBM挖掘煤礦斜井隧道，開挖產生的渣土采用TBM后配套連續輸送機進行運輸，輸送機基本參數如表1所示。

表1 神華補連塔礦連續輸送機技術參數

該煤礦連續輸送機機尾采用動態延伸和機尾平衡技術，可隨TBM的不斷推進同步延伸并能防止輸送機膠帶跑偏(如圖5、6所示)，從而大幅提高該礦井的渣土運輸能力，降低了出渣成本及工人的勞動強度，提高了運輸系統的安全性，減少了環境污染，滿足長距離斜巷快速掘進的要求[5]。TBM后配套連續輸送機3個月共輸送渣土22.5萬t，平均日輸送2 500 t，TBM最高月進尺635 m，滿足TBM掘進出渣的生產要求。

圖5 補連塔礦2#輔運平硐連續輸送機現場

圖6 連續輸送機機尾裝置現場

4 結論

TBM后配套連續輸送機具有輸送能力大、速度快、承載能力強的特點。輸送機采用的機尾動態延伸技術使其在TBM向前推進的過程中，能夠將機身快速安裝在主井側壁上，使TBM快速掘進產生的渣土運輸得更加順暢、快捷，為主井高效安全施工提供了有力保障。輸送機的機尾平衡技術，保證了輸送機不受管片出現扭轉或TBM行走不正等限制，易實現自動化控制，能夠大幅提高TBM的開機率，實現TBM的連續作業，大大提高了工效。